SE462368B - Evaporator med radiellt anordnade uppvaermningselement och foerfarande foer dess anvaendning - Google Patents

Description

462 368 2 efter ett rektangulärt mönster är t.ex. packningen av elemen- ten inuti kärlet inte särskilt effektiv. ningsångan inkommer vid bottnen av varje kärl vid ett fler- Enär vidare uppvärm- effektsarrangemang och avgår från toppen, måste ledningar av avsevärda längder finnas vilka leder från toppen av varje effekt till bottnen av nästa effekt i serien. I sådana långa ledningar uppträder värmeförluster. Dessutom kan vattenham- ring uppträda, enär ångan inkommer vid bottnen av uppvärm- ningselementen och kondensat också avgår vid sama ställe som där uppvärmningsångan införes. Enär en gemensam ledning funge- rar både som inlopp för uppvärmningsånga och utlopp för kon- densat, blir höjden av uppvärmningselementens inloppsdelar större än nödvändigt enbart för införandet av uppvärmnings- ångan enär de måste säkerställa att kondensatet icke hindrar införandet av tillförd ånga.

Föreliggande uppfinning riktar sig på en evaporator och ett förfaringssätt för evaporering av en vätska och har till syfte att undanröja de olägenheter som sammanhänger med konventionell teknik vid evaporering (vilka angetts ovan) och att ernâ ytterligare fördelar. gande nyheterna hos evaporatorn enligt föreliggande uppfin- ning är anordningen av uppvärmningselementen i en radiell konfiguration, så att de tillsamans är koncentriska med kärlet och vart och ett av dem sträcker sig radiellt i kär- let, och anordningen av inlopp för uppvärmningsånga kon- De två mest grundläg- centriskt vid toppen av kärlet, medan utloppet för evapore- rad ånga alltjämt förblir vid toppen och utloppet för kon- densatet vid bottnen.

Genom ett runt arrangemang av uppvärmningselementen i det cylindriska kärlet förbättras konstruktionens symmetri och blir det möjligt att placera fler uppvärmningselement i ett kärl med given diameter, så att evaporatorkärlets diameter alltså kan hållas mindre. Enär'ânga vid evaporatorer enligt föreliggande uppfinning såväl införes i som avgår från kär- lets topp, åtgår kortare längder av ledningar (och blir vär- 462 568 meförlusterna mindre) för att hopkoppla angränsande effek- ter inbördes. Genom den speciella placeringen av inloppen för uppvärmningsånga och det cirkulära arrangemenget av uppvärmningselementen blir det vidare möjligt att understöd- ja uppvärmningselementen på en bottenbalk på ett sådant sätt att de kan expandera uppåt. Enär ångan inkommer i toppen och kondensatet avgår vid bottnen, uppträder vidare icke någon vattenhamring, och en ytterligare fördel med att ång- inloppet är skilt från kondensutloppet ligger i att höjden av uppvärmningselementens inloppsslitsar kan göras mycket mindre, vilket medför mindre kostnad. Det radiella arran- gemanget av uppvärmningselementen ger slutligen en mycket starkare konstruktion av elementpaketet än vid parallella uppvärmningselement, och detta medför i sin tur en mycket enklare och mindre kostsam konstruktion av uppvärmnings- ångans inloppsfördelare.

Ett huvudsyfte med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en förbättrad evaporator och ett förfaringssätt för evapore- ring av en vätska med användning av seriekopplade evapora- toreffekter. Detta och andra syften med uppfinningen kom- mer att framgå klarare av följande detaljerade beskrivning av uppfinningen och av de avslutande patentkraven.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. 1 är en schematisk perspektivvy av en som exempel vald evaporator enligt föreliggande uppfinning, varvid vissa de- lar för tydlighetens skull har bortskurits.

Fig. 2 visar en horisontell tvärsektion tagen just nedan- för inloppet för kokande vätska vid toppen av evaporatorn enligt fig. l.

Fig. 3 är en schematisk vy som visar hopkopplingen av två av evaporatorerna enligt fig. l vid ett flereffektsarrange- mang. 462 368 4 Detaljbeskrivning En som exempel vald evaporator enligt föreliggande uppfin- ning betecknas i sin helhet på ritningarna med hänvisnings- siffran 10. En huvudkomponent av evaporatorn 10 är ett upp- rättstående cylindriskt kärl ll med cirkulär tvärsektion.

Inuti kärlet ll är monterade ett flertal uppvärmningsele- ment l2. Varje uppvärmningselement omfattar ett par på av- stånd från varandra placerade väsentligen parallella plattor som omsluter en ångtät innervolym. Företrädesvis är plattor- na utbildade med vårtor, såsom visas i USA-patentet 3 512 239.

(Innehållet i detta patent utgör en del av denna beskrivning).

Uppvärmningselementen 12 är, såsom visas, placerade i ett radiellt arrangemang, så att de tillsammans är koncentriska med kärlet ll och vart och ett sträcker sig radiellt ett stycke mindre än kärlets innerradie och så att de i omkret- sens riktning ligger på avstånd från varandra (t.ex. på ett avstånd av ca 2,5 cm), så att kokande vätska kan strömma som en film utmed båda sidorna av de plattor som bildar uppvärm- ningselementen 12.

Organen för att understödja uppvärmningselementen 12 omfat- tar företrädesvis de enkla ringformiga balkarna 14 som är placerade i närheten av kärlets ll botten 15. Centralt i kärlet ll finns vidare en ihålig kärna omfattande den ring- formiga kondensatavloppskonstruktionen 16 som är ansluten till och samverkar med kondensatsamlaren 17 och kondensatut- loppet 18. Denna konstruktion är anordnad vid de centrala bottendelarna av uppvärmningselementen l2 och tjänar till att avleda kondensat från de undre bottendelarna av upp- värmningselementen 12. Uppvärmningselementen l2 är vidare stabiliserade vid sina överändar medelst element som skall beskrivas närmare i samband med organen för införande av uppvärmningsånga och kokande vätska.

Uppvärmningsånga, såsom vattenånga i den första effekten av en serie, eller ånga av evaporerad vätska i efterföljande uu 462 368 effekter, införes i kärlet 10 i närheten av dess topp l9.

Företrädesvis införes uppvärmningsångan genom det enkla ånginlopp som visas i fig. 1 och som omfattar ett rör 20 med cirkulär tvärsektion som är koncentriskt med kärlet ll och som medelst en expansionsfog 21 (av någon lämplig kon- struktion, t.ex. av bälgtyp) är fastsatt vid ett stationärt rör 22 med cirkulär tvärsektion bildande kärlets ll centra- la kärna. Röret 22 kommunicerar med det inre av uppvärm- ningselementen 12 genom ett flertal inloppsslitsar i en fördelarkonstruktion 23. Dessa inloppsslitsar är smalare än i konventionella evaporatorer, där uppvärmningsângan införes vid bottnen, enär det icke föreligger någon risk för att kondensat kan blockera införandet av uppvärmnings- ångan i uppvärmningselementen när man använder evapora- torn 10 enligt föreliggande uppfinning. Vid bottnen av- slutas röret 22 av en konvex platta 24 som hejdar den ned- åtgående strömmen av uppvärmningsångan införd genom inlop- pet 20. som svarar mot kapaciteten av uppvärmningselementen 12, så kommer en del därav att avgå från kärlet ll genom ångut- loppet 25 efter att ha passerat genom elementen 12. Från ångutloppet 25 kan ånga gå till någon godtycklig annan an- Om mängden införd uppvärmningsånga är större än vändning.

Vätskan som skall avkokas medelst evaporatorn 10, t.ex. svartlut i en anläggning för framställning av pappersmas- sa, införes i kärlet ll genom inloppet 27, som vanligen men icke nödvändigtvis befinner sig på vertikalt avstånd från bottnen 15 av kärlet ll, så att den införda vätskan strömmar ned utmed den inre väggen av kärlet ll till den tallriksformade bottnen 15, där den samlas som en pöl. In- loppet 27 är placerat på avstånd från den trattformade överändan 28 av ett överföringsutloppsrör 29.

Kokande vätska som samlats i en pöl vid bottnen 15 av kär- let ll avgår genom cirkulationsutloppsröret 30 vid den lägsta punkten av kärlets botten 15 och pumpas, t.ex. med 462 368 325 en centrifugalpump 31 (se fig. 3) in i en cirkulationsled- ning 32 till cirkulationsinloppet 33 som befinner sig i när- heten av och företrädesvis just nedanför toppen l9 av kär- let ll. Från inloppet 33 strömmar kokande votska in i en toroidformad vätskespridare 34 som har ett flertal öppning- ar 35 utbildade i dess inre yta. Vätska som strömmar ut genom öppningarna 35 rinner in i en ringformig kanal 36 vari ingår en bottenplatta 37 som är perforerad (perfore- ringarna visas i fig. 2) och en yttre ringformig toppfläns 39. Plattan 37 är fastsvetsad vid röret 22, så att röret 22 bildar innerväggen av ringkanalen 36. Denna konstruk- tion av fördelaren 34 och ringkanalen 36 åstadkommer en jämn fördelning av vätskan som sedan rinner ned efter si- dorna av uppvärmingselementen 12 såsom en tunn film, (vil- ket schematiskt visas vid 40 i fig. l).

När den tunna filmen 40 strömmar utmed de yttre ytorna av uppvärmningselementen 12 evaporeras en del därav. -Den eva- porerade vätskeångan passerar radiellt utåt i kärlet ll till den ringformiga kamaren 42 (se fig. 2) mellan kärlets vägg ll och de radiellt yttersta delarna av uppvärmnings- elementen 12 och ringkanalen 36. Från denna ringformiga kammare 42 strömmar ångan sedan uppåt genom avskiljnings- separatorn 44 och in i toppen 19 av kärlet ll och avgår slutligen genom utloppet 45 för evaporerad vätskeånga.

Kärlet ll är normalt hopkopplat med ett flertal olika and- ra effekter i ett flereffektsevaporatorarrangemang. Exem- pelvis kan åtta effekter vara hopkopplade, varvid ånga går från den första effekten till den åttonde effekten, medan den kokande vätskan införes i sin minst koncentrerade form i den åttonde effekten och går vidare till den första effek- ten under koncentrering i varje effekt. En typisk hopkopp- ling av två effekter visas i fig. 3, där den ena effekten bildas av evaporatorn 10 och en annan högre evaporatoref- fekt bildas av evaporatorn ll0.“ Exempelvis kan evaporatorn 110 vara den andra effekten i ett åttaeffekts evaporatorar- 7 462 ses rangemang, och evaporatorn 110 vara den tredje effekten. De- taljer av evaporatorn 110 som är jämförbara med motsvarande detaljer vid evaporatorn 10 är betecknade med sama hänvis- ningssiffror, endast föregångna av en etta.

Utloppet 45 för evaporerad vätskeånga från evaporatorn 10 är anslutet över en ledning 50 till inloppet 120 för upp- värmningsånga på evaporatorn 110. Kondensat som avgår genom kondensatutloppsröret på evaporatorn 10 ledes till en kon- densatåtercirkuleringsstation 51. När nivån av den kokande vätskan i kärlet lll ligger ovanför den trattformade över- ändan av överföringsutloppsröret 129 strömmar kokande vätska in i ledningen 52 och strömmar (eller pumpas) till sist in i inloppet 27 för kokande vätska på kärlet ll. Eventuell överskottsånga som avgår genom ångutloppen 25, 125 går till en ytkondensor 53, vari kvarvarande värmeinnehåll i ånga nyttiggöres. Överföringsutloppet 29 på kärlet ll är anslu- tet till inloppet för kokande vätska på den föregående (d.v.s. första) effekten, medan kärlets lll utlopp 145 för evapore- rad vätskeånga är anslutet till en ledning 150 som i sin tur är ansluten till ett inlopp för uppvärmningsånga vid toppen på nästa (t.ex. fjärde) effekten.

Funktion Med användning av evaporatorerna 10, 110 och speciellt eva- poratorn 10 kan man sålunda förverkliga ett effektivt förfa- ringssätt för evaporering av en vätska. Förfaringssättet omfattar åtgärderna: uppvärmningsånga införes genom ledning- en 20 vid toppen av det första kärlet 10 så att den inkom- mer i uppvärmningselementen 12; kondensat som bildas genom avkylning av uppvärmningsångan avledes genom organen 16, 18 vid bottnen av kärlet; vätska som skall evaporeras införes genom inloppet 33 och spridaren 34 i närheten av toppen av uppvärmningselementen 12, så att den rinnger genom spridaren 34 ut på den perforerade plattan 37 och såsom en tunn film rinner vidare ned utefter utsidorna av uppvärmningselementen 462 368 varvid en del därav evaporeras och bildar ånga; den resul- terande ångan avledes från toppen 19 av kärlet ll genom ut- loppet 45 och går vidare till toppen 119 av nästa kärl lll, där den införes genom inloppet 120 för uppvärmningsånga på detta kärl lll; den kokande vätskan i pölen vid bottnen 115 av kärlet lll ledes genom överföringsutloppet 129 in i ledningen 52 till inloppet 27 för kokande vätska på kärlet ll; kondensat från båda evaporatorerna 10, 110 ledes till kondensatâtercirkuleringsstationen 51 och eventuellt överskott av uppvärmingsånga (d.v.s. ånga som inte kondenserats in- uti uppvärmningselementen) ledes genom bottnen i kärlen ll, 111 in i rören 25, 125 och till en ytkondensor 53 eller lik- nande. På grund av insättandet av expansionsskarven 21 mel- lan inloppet 20 för uppvärmningsânga och röret 22 för upp- värmningsångans ledande genom inloppsslitsarna 23 in i upp- värmningselementen 12, underlättas vertikal expansion av upp- värmningselementen 12 utan att evaporatorn skadas, och an- ordningen av den ringformiga stödbalken 14 medger horison- tell tradiell) expansion av uppvärmningselementen 12.

Enligt föreliggande uppfinning har sålunda âstadkommits en evaporator som medger att flera uppvärmningselement ryms inuti ett kärl med given diameter än som är fallet vid konventionella konstruktioner med parallella uppvärmnings- element. Enligt föreliggande uppfinning är vidare längden av ledningarna (t.ex. ledningarna 50, 150) avsevärt kortare än vid avaporatorer där uppvärmningsånga införas vid bott- nen och evaporerad vätskeånga avgår från toppen. Vidare kommer någon vattenhamring icke att uppträda vid evapora- torn enligt föreliggande uppfinning, och inloppet för upp- värmningsånga är enklare, har smalare inloppsslitsar och är mindre kostsamt.

Uppfinningen har ovan beskrivits för vad som för närvaran- de anses vara den mest praktiska och föredragna utförings- formen, men det är tydligt för fackmän att modifikationer därav kan göras inom ramen för uppfinningen, som bestäm- mes av en så bred tolkning av efterföljande patentkrav att alla ekvivalenta konstruktioner och förfaringssätt omfattas.

Claims (10)

10 15 20 25 39 462 568 PATENTKRAV

1. Evaporator omfattande: ett upprättstående kärl (ll); ett flertal uppvärmningselement (12) anordnade i kärlet var- vid varje uppvärmningselement omfattar ett par på avstånd från varandra placerade och i stort sett parallella plattor som organ (20, 22, 23) för att in- organ bildar en ângtät innervolym; föra uppvärmningsånga i uppvärmningselementens inre; (16, 17, 18) för att bortleda kondensat från uppvärmningsele- mentens inre; organ (33, 36, 37) för att införa vätska som skall evaporeras i närheten av toppen av uppvärmningselementen så att den rinner nedåt som en tunn film över uppvärmnings- och organ (45) för att bortleda evaporerad vätskeånga från kärlet, k ä n n e t e c k n a d därav: att kärlet (ll) utgöres av ett cylindriskt kärl med cirkulär tvärsektion och omfattar organ (14) för att hålla uppvärmnings- elementen (12) i en radiell konfiguration så, att de tillsam- mans är koncentriska med kärlet och vart och ett av dem sträcker sig radiellt ett stycke mindre än kärlets innerradie och så, att uppvärmningselementen (12) är i omkretsens riktning åtskilda elementens sidor; från varandra.

2. Evaporator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att organen för att införa uppvärmningsånga i det in- re av elementen omfattar organ (20, 22, 23) för att införa uppvärmningsângan koncentriskt i kärlets t0PP$ och att or- ganen (16, 17, 18) för bortledande av kondensat från upp- värmningselementens inre bortleder kondensat från uppvärm- ningselementens (12) botten och från kärlets (ll) botten.

3. Evaporator enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k - n a d därav, att organen (42, 45) för att bortleda evapo- rerad vätskeånga från kärlet omfattar ett utlopp (45) som är placerat vid toppen av kärlet (ll). 462 10 15 20 25 30 35 10 368

4. Evaporator enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a d därav, att organen för att hålla uppvärmningselemen- ten.omfattar en stödbalk (14) som är anordnad nära bottnen av kärlet (ll) och på vilken uppvärmningselementen (12) vi- lar så, att uppvärmningselementen kan röra sig radiellt vid termisk expansion eller kontraktion.

5. Evaporator enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att en expansionsskarv (21) förbinder inlop- pet (20) för uppvärmningsânga med uppvärmningselementen (12), varigenom dessa kan utvidga och sammandraga sig vertikalt i kärlet.

6. Evaporator enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k - n a d därav, att organen för att införa vätska som skall evaporeras i närheten av toppen av uppvärmningselementen omfattar en perforerad ringformig platta (24) som är pla- cerad vid toppen av uppvärmningselementen, och att en vä- sentligen toroidformad fördelare (34) är anordnad över den perforerade ringformiga plattan (24), så att vätska från spridaren (34) flyter ut på plattan (37) och passerar ge- nom perforeringshål i plattan för att sedan rinna ned ut- med uppvärmningselementen; och att den perforerade plat- tan (37) bildar botten av en med kärlet (ll) koncentrisk ringformad kanal (22, 37, 39) som har en uppskjutande ringformig fläns (39) vid sin ytterkant._

7. Evaporator enligt patentkrav 3, ingående i ett ar- rangemang med en andra väsentligen identisk evaporator (ll0), k ä n n e t e c k n a d av: organ (16, 17, 18) för bortledande av kondensat bildat genom kylning av upp- värmningsânga från uppvärmningselementens botten och från bottnen av det första kärlet (ll) och organ för införande av vätska som skall evaporeras i närheten av toppen av uppvärmningselementen (12) i det första kärlet (ll), så att vätska rinner som en film utefter utsidorna av uppvärm- ningselementen varvid en del därav evaporeras för att bilda I) 10 15 20 25 30 35 11 462 ses ånga; och organ (45) för att bortleda denna ånga från top- pen av det första kärlet (ll) och införa densamma koncent- riskE'i toppen av det andra kärlet (110) så att ångan in- kommer vid toppen av uppvärmningselementen i det andra kär- let.

8. Förfaringssätt för evaporering av en vätska med an- vändning av ett första (ll) och ett andra (110) upprätt stående kärl som vart och ett har ett flertal på horison- tellt avstånd från varandra placerade, vertikalt gående evaporatoruppvärmningselement (12) k ä n n e t e c k n a t av åtgärderna: (a) uppvärmningsånga införes vid toppen av det första kärlet (ll) så att den inkommer i uppvärmningselementen (12) genom deras topp; (b) Kondensat som bildas genom avkylning av uppvärmnings- ängan avledes från kärlens (ll, lll) botten;= (c) vätska som skall evaporeras införes i närheten av uppvärmningselementens topp så att vätskan rinner som en tunn film ner utefter utsidorna av uppvärmningselemen- ten (12), varvid en del därav evaporeras och bildar ånga; (d) denna resulterande ånga avledes från toppen av det första kärlet (ll) och ledes till toppen av det andra kär- let (ll0) för att bilda uppvärmningsånga som införes i top- pen av det andra kärlets (110) uppvärmningselement.

9. Förfaringssätt enligt patentkrav 8, vid vilket vätskan som skall evaporeras utgöres av svartlut från framställning av pappersmassa, k ä n n e t e c k n a t därav, att över- skott av uppvärmningsånga som införts i det första kärlet bortledes (25) från bottnen av det första kärlet, och att åtgärder vidtagits för att möjliggöra vertikal expansion och kontraktion av uppvärmningselementen (24) utan att ogynnsamt påverka ånginloppet (20) för införande av upp- värmningsånga vid toppen av det första kärlet (ll). 12 462 368 10 15

10. Förfaringssätt enligt patentkrav 8, k ä n n e - t e c k n a t därav, att det första upprättstående kär- let_Jll) är cirkulärt i tvärsektion och cylindriskt, och att åtgärderna (a), (b) och (d) utföres så att uppvärm- ningsänga ledes koncentriskt in i toppen av det första kärlet sedan ledes radiellt i kärlet i alla riktningar för att införas 1 uppvärmningselementen (12) och sedan ledas nedåt i uppvärmningselementen; och att kondensa- tet får rinna nedåt efter uppvärmningselementen och sedan ledes radiellt inåt mot centrum av kärlet och därpå nedåt i mitten av kärlet; och att den resulterande ångan ledes radiellt utåt från uppvärmningselementen och sedan uppåt i ett ringformigt utrymme (42) mellan kärlet och upp- värmingselementen och slutligen avledes genom ett ångut- lopp (45) vid toppen av kärlet. t! fb